(57)【要約】【課題】  違和感のない適切な反力トルクを付与するとともに車両を運転しやすくする車両の操舵装置を提供すること。【解決手段】  変換部４１は、ばね成分トルクTzを計算する。変換部４３は、操舵角速度dθ／dtに応じた摩擦トルクMtdnwを計算する。変換部４４は、速度dθ／dtに応じた粘性トルクMtdを計算する。変換部４５は、実ヨーレートγに基づいてセルフアライメントトルクMsatを計算する。そして、トルク加算部４２は、トルクTz、トルクMtdnw、トルクMtdおよびトルクMsatを加算して目標反力トルクThを計算する。このとき、変換部４３は、操舵角センサ３１から出力される所定数のパルス信号をキャンセルし、速度dθ／dtを「０」としてトルクMtdnwを「０」に設定する。これにより、操舵ハンドル１１の微小な振動に伴うゴツゴツ感を解消して、スムーズに変化する目標反力トルクThを付与することができる。【選択図】  図２
2007137287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、
前記操舵ハンドルの操作変位量を検出する操作変位量検出手段と、
前記検出された操作変位量と予め定めた所定の関係にあるばね成分項としてのトルクを、前記検出された操作変位量を用いて計算するばね成分項トルク計算手段と、
前記検出された操作変位量に基づいて算出される前記操舵ハンドルの操作速度を用いて計算される摩擦成分項としてのトルクを、前記操舵ハンドルの操作変位量が所定範囲内であるときに前記操作速度を「０」に設定することによって「０」と計算するとともに、前記操舵ハンドルの操作変位量が所定範囲外であるときに前記操作速度に応じて計算する摩擦成分項トルク計算手段と、
前記検出された操作変位量に基づいて算出される前記操舵ハンドルの操作速度を用いて前記反力アクチュエータの粘性成分項としてのトルクを計算する粘性成分項トルク計算手段と、
前記計算されたばね成分項としてのトルクと、前記計算された摩擦成分項としてのトルクと、前記計算された粘性成分項としてのトルクとを加算して目標反力トルクを計算するトルク加算手段と、
前記計算された目標反力トルクに応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段とから構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記操作変位量検出手段は、前記検出した操作変位量に対応したパルス信号を出力するものであり、
前記摩擦成分項トルク計算手段は、前記操作変位量検出手段によって出力されるパルス信号のうち、前記所定範囲内の前記操舵ハンドルの操作変位量に対応するパルス信号をキャンセルすることにより前記操作速度を「０」に設定して、前記摩擦成分項としてのトルクを「０」と計算することを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記ばね成分項トルク計算手段の用いる前記所定の関係は、
前記操作変位量検出手段により検出された操作変位量が所定値未満であるときは同操作変位量に対してばね成分項としてのトルクが比例関数的に変化する関係であり、前記操作変位量が前記所定値以上であるときは同操作変位量に対してばね成分項としてのトルクが指数関数的に変化する関係であることを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項４】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記操作変位量検出手段を、前記操舵ハンドルの回転角度を検出する角度センサで構成したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項５】
請求項１に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
さらに、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御装置を備え、前記転舵制御装置を、
車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記操舵ハンドルの操作変位量と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記検出された操作変位量を用いて計算する運動状態量計算手段と、
前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の転舵角を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する転舵角計算手段と、
前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことを特徴とするステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【請求項６】
請求項５に記載したステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、
前記見込み運動状態量は、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであるステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結が解除された操舵装置すなわちステアリングバイワイヤ方式の操舵装置の開発は、積極的に行われるようになった。そして、この種のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、反力アクチュエータを適宜駆動させて、運転者による操舵ハンドルの操作に対して反力トルクが付与されるようになっている。このような反力トルクの付与に関し、例えば、下記特許文献１には、車両挙動を反映させた操舵反力の制御を行うことができる操舵制御装置が示されている。
【０００３】
この従来の操舵制御装置においては、反力モータの制御量を、操舵角に基づく操舵反力を付与する項と、操舵ハンドルの振動を抑制するための操舵角速度に基づく粘性項と、反力モータの慣性モーメントを抑制するための操舵角加速度に基づく慣性項と、車両に発生したヨーレートに基づく項とを演算することによって決定するようになっている。このように、反力モータの制御量を決定することによって、運転者による操舵ハンドルの操作状態に応じて適度な操舵反力が付与されるとともに、車両の挙動変化を反映した操舵反力を付与できるようになっている。
【０００４】
また、この種のステアリングバイワイヤ方式の操舵装置においては、運転者による操舵ハンドルの操作に応じた転舵角を決定するとともに転舵アクチュエータを適宜駆動させて、転舵輪を転舵するようになっている。このような転舵輪の転舵に関し、例えば、下記特許文献２には、操舵角および車速を検出し、操舵角の増加に従って減少するとともに車速の増加に従って増加する伝達比を計算し、この伝達比で操舵角を除算することにより前輪の転舵角（ラック軸の変位量）を計算して、同計算した転舵角に前輪を転舵するようにした操舵装置が示されている。また、この操舵装置においては、検出ハンドル操舵角を時間微分した操舵速度に応じて前記計算した転舵角を補正することにより、前輪の転舵応答性・追従性を高めるようにしている。さらに、検出車速および検出ハンドル操舵角を用いて目標ヨーレートを計算し、この計算した目標ヨーレートと検出した実ヨーレートとの差に応じて前記計算した転舵角を補正することにより、車両の挙動状態を考慮した転舵制御を実現するようにもなっている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１０８９１４号公報
【特許文献２】特開２０００−８５６０４号公報
【０００６】
ところで、上記従来の操舵制御装置においては、操舵ハンドルの操作に応じて付与される操舵反力（反力トルク）のうち、操舵ハンドルの操舵角速度に依存して付与される粘性項が常に付与されるようになっている。ここで、この粘性項は、ステアリングバイワイヤ方式以外の通常の操舵装置において、操舵ハンドルの操舵角速度に依存して発生する摩擦項が含まれるものと考えることができる。これにより、上記従来の操舵制御装置においては、運転者による操舵ハンドルの操作に対して付与される操舵反力に大きな影響を及ぼす摩擦項（摩擦トルク）が、反力モータの駆動制御により再現されて常に付与されると考えることができる。
【０００７】
このように、摩擦トルクが常に付与される状況においては、運転者が意図するものであるか否かに関係なく、単に操舵ハンドルの操舵角速度に基づいてトルクが付与される。このため、例えば、運転者が操舵ハンドルを把持する力を緩めた場合には、操舵ハンドルの自重による微小な振れが生じ、この振れに起因した操舵角速度に応じた摩擦トルクが操舵ハンドルに付与されることになる。これにより、操舵ハンドルに対して無用な振動が入力する場合があり、運転者が操舵ハンドルを介してゴツゴツした操舵反力を知覚して、不快感を覚える可能性がある。
【０００８】
また、上記従来の操舵装置においては、車両を操舵するための運転者による操舵ハンドルに対する操作変位量である操舵角を検出し、これらの検出した操舵角を用いて前輪の転舵角を直接的に計算して、この計算した転舵角に前輪を転舵するようにしている。しかし、この前輪の転舵制御は、従前の操舵ハンドルと転舵輪との機械的な連結は外してはいるものの、操舵ハンドルの操作に対する前輪の操舵方法としては、操舵ハンドルの操作位置または操作力に対応させて前輪の転舵角を決定するという基本的な技術思想は全く同じであり、これらの転舵方法では、人間の感覚特性に対応して前輪の転舵角が決定されていないので、車両の運転が難しくなる。
【発明の開示】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、運転者の操舵ハンドル操作に対して、違和感のない適切な反力トルクを付与するとともに、人間の知覚特性に合わせて車両を旋回させて車両を運転しやすくする車両の操舵装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の特徴は、車両を操舵するために運転者によって操作される操舵ハンドルと、同操舵ハンドルの操作に対して反力トルクを付与するための反力アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて転舵輪を転舵するための転舵アクチュエータと、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する反力制御装置とを備えたステアリングバイワイヤ方式の車両の操舵装置において、前記反力制御装置を、前記操舵ハンドルの操作変位量を検出する操作変位量検出手段と、前記検出された操作変位量と予め定めた所定の関係にあるばね成分項としてのトルクを、前記検出された操作変位量を用いて計算するばね成分項トルク計算手段と、前記検出された操作変位量に基づいて算出される前記操舵ハンドルの操作速度を用いて計算される摩擦成分項としてのトルクを、前記操舵ハンドルの操作変位量が所定範囲内であるときに前記操作速度を「０」に設定することによって「０」と計算するとともに、前記操舵ハンドルの操作変位量が所定範囲外であるときに前記操作速度に応じて計算する摩擦成分項トルク計算手段と、前記検出された操作変位量に基づいて算出される前記操舵ハンドルの操作速度を用いて前記反力アクチュエータの粘性成分項としてのトルクを計算する粘性成分項トルク計算手段と、前記計算されたばね成分項としてのトルクと、前記計算された摩擦成分項としてのトルクと、前記計算された粘性成分項としてのトルクとを加算して目標反力トルクを計算するトルク加算手段と、前記計算された目標反力トルクに応じて前記反力アクチュエータの駆動を制御する駆動制御手段とから構成したことにある。
【００１１】
この場合、前記操作変位量検出手段を、例えば、前記操舵ハンドルの回転角度を検出する角度センサで構成するとよい。また、前記ばね成分項トルク計算手段の用いる前記所定の関係は、前記操作変位量検出手段により検出された操作変位量が所定値未満であるときは同操作変位量に対してばね成分項としてのトルクが比例関数的に変化する関係であり、前記操作変位量が前記所定値以上であるときは同操作変位量に対してばね成分項としてのトルクが指数関数的に変化する関係であるとよい。
【００１２】
また、前記操作変位量検出手段は、前記検出した操作変位量に対応したパルス信号を出力するものであり、前記摩擦成分項トルク計算手段は、前記操作変位量検出手段によって出力されるパルス信号のうち、前記所定範囲内の前記操舵ハンドルの操作変位量に対応するパルス信号をキャンセルすることにより前記操作速度を「０」に設定して、前記摩擦成分項としてのトルクを「０」と計算するとよい。
【００１３】
これらによれば、運転者によって操舵ハンドルが操作された場合には、反力アクチュエータは、ばね成分項としてのトルクと、摩擦成分項としてのトルクと、粘性成分項としてのトルクとを加算することによって計算される目標反力トルクを操舵ハンドルに付与することができる。ここで、ばね成分項としてのトルクは、操作変位量検出手段としての、例えば、角度センサなどから出力されるパルス信号によって表される操作変位量（操舵角）に対して、所定値未満では比例関数的に変化し、所定値以上では指数関数的に変化する特性を有する。これにより、運転者による操舵ハンドルの操作に対して付与される目標反力トルクを構成するトルクのうち、もっとも大きな影響を与えるばね成分項のトルクを人間の知覚特性に合わせて変化させることができる。そして、このように計算されるばね成分項のトルクに対して、操舵ハンドルの操作速度に応じて変化する摩擦成分項としてのトルクと粘性成分項としてのトルクが加算される。したがって、運転者は、良好な操作フィーリングを得ることができる。
【００１４】
そして、操舵ハンドルの操作変位量が所定範囲内であるときには、操舵ハンドルの操作速度（操舵角速度）を「０」として摩擦成分項としてのトルクを「０」に設定することができる。これにより、例えば、操舵ハンドルの自重により微小な振動が生じた場合であっても、反力アクチュエータは、この振動に伴う摩擦成分項のトルクを発生することがない。このように、摩擦成分項としてのトルクを付与しないことによって、操舵ハンドルに対して主としてばね成分項としてのトルクを付与することができ、極めてスムーズに変化する目標反力トルクを付与することができる。したがって、運転者は、操舵ハンドルを介してゴツゴツと変化する反力を知覚することがなく、極めて良好な操作フィーリングを得ることができる。なお、粘性成分項としてのトルクは、摩擦成分項としてのトルクに比して小さいため、操舵ハンドルに微小な振動が生じた場合であっても、運転者が違和感を覚えることはない。
【００１５】
また、この場合、操作変位量検出手段（例えば、角度センサ）がパルス信号を出力していれば、操舵ハンドルの操作開始直後に出力される所定数のパルス信号をキャンセルすることによって、確実に、所定範囲内の操作変位量に対する摩擦成分項としてのトルクを「０」とすることができる。さらに、操作変位量検出手段（角度センサ）が出力するパルス信号を直接利用できることにより、操舵装置自体の構成を簡略化できる。
【００１６】
また、本発明の他の特徴は、さらに、前記操舵ハンドルの操作に応じて前記転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御装置を備え、前記転舵制御装置を、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて前記操舵ハンドルの操作変位量と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量を、前記検出された操作変位量を用いて計算する運動状態量計算手段と、前記計算された見込み運動状態量で車両が運動するために必要な前記転舵輪の転舵角を、前記計算された見込み運動状態量を用いて計算する転舵角計算手段と、前記計算された転舵角に応じて前記転舵アクチュエータを制御して前記転舵輪を同計算された転舵角に転舵する転舵制御手段とで構成したことにもある。この場合、前記見込み運動状態量は、車両の横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率のうちのいずれか一つであるとよい。
【００１７】
これらによれば、人間の知覚特性に関するウェーバー・ヘフナー（Weber-Fechner）の法則に従って、運転者は、知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作して車両を運転できる。すなわち、ウェーバー・ヘフナーの法則によれば、人間の感覚量は与えられた刺激の物理量の対数に比例すると言われている。言い換えれば、人間の操作量に対して人間に与えられる刺激の物理量を指数関数的に、または、べき乗関数的に変化させれば、操作量と物理量との関係を人間の知覚特性に合わせることができる。
【００１８】
そして、上記の構成によれば、操舵ハンドルの操作変位量が、車両の旋回に関係して運転者が知覚し得る車両の運動状態を表していて操舵ハンドルに対する操作変位量と予め定めた指数関係またはべき乗関係にある車両の見込み運動状態量（横加速度、ヨーレート、旋回曲率など）に変換される。そして、この変換された見込み運動状態量に基づいて、同見込み運動状態量で車両が運動するために必要な転舵輪の転舵角が計算されて、この計算された転舵角に転舵輪が転舵される。したがって、転舵輪の転舵によって車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として前記見込み運動状態量が与えられる。そして、操作変位量に対して指数関数的またはべき乗関数的に変化するものであるので、運転者は、人間の知覚特性に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドルを操作できる。なお、横加速度およびヨーレートについては、運転者が車両内の各部位との接触により触覚的に感じ取ることができる。また、旋回曲率については、運転者が車両の視野内の状況の変化により視覚的に感じ取ることができる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドルを操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る車両の操舵装置について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
【００２０】
この操舵装置は、転舵輪としての左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するために、運転者によって回動操作される操作部としての操舵ハンドル１１を備えている。操舵ハンドル１１は、操舵入力軸１２の上端に固定され、操舵入力軸１２の下端は電動モータおよび減速機構からなる反力アクチュエータ１３に接続されている。反力アクチュエータ１３は、運転者の操舵ハンドル１１の回動操作に対して反力を付与する。
【００２１】
また、この操舵装置は、電動モータおよび減速機構からなる転舵アクチュエータ２１を備えている。この転舵アクチュエータ２１による転舵力は、転舵出力軸２２、ピニオンギア２３およびラックバー２４を介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２に伝達される。この構成により、転舵アクチュエータ２１からの回転力は転舵出力軸２２を介してピニオンギア２３に伝達され、ピニオンギア２３の回転によりラックバー２４が軸線方向に変位して、このラックバー２４の軸線方向の変位により、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は左右に転舵される。
【００２２】
次に、これらの反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の駆動を制御する電気制御装置について説明する。電気制御装置は、操舵角センサ３１、転舵角センサ３２、車速センサ３３、横加速度センサ３４およびヨーレートセンサ３５を備えている。
【００２３】
操舵角センサ３１は、例えば、インクリメント型ロータリエンコーダなどから構成されるものであり、操舵入力軸１２に組み付けられて、操舵ハンドル１１の中立位置からの回転角を検出し、同検出した回転角を表す信号をパルス状に出力する。ここで、以下の説明においては、操舵角センサ３１から出力されるパルス信号に基づく回転角を操舵角θとする。転舵角センサ３２は、転舵出力軸２２に組み付けられて、転舵出力軸２２の中立位置からの回転角を検出して実転舵角δ（左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角に対応）として出力する。なお、操舵角θおよび実転舵角δは、中立位置を「０」とし、左方向の回転角を正の値で表すとともに、右方向の回転角を負の値でそれぞれそれぞれ表す。車速センサ３３は、車速Vを検出して出力する。横加速度センサ３４は、車両の実横加速度Gを検出して出力する。ヨーレートセンサ３５は、車両の実ヨーレートγを検出して出力する。なお、実横加速度Gおよび実ヨーレートγも、左方向の加速度を正で表し、右方向の加速度を負で表す。
【００２４】
これらのセンサ３１〜３５は、電子制御ユニット３６に接続されている。電子制御ユニット３６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、プログラムの実行により反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１の作動をそれぞれ制御する。電子制御ユニット３６の出力側には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１を駆動するための駆動回路３７，３８がそれぞれ接続されている。駆動回路３７，３８内には、反力アクチュエータ１３および転舵アクチュエータ２１内の電動モータに流れる駆動電流を検出するための電流検出器３７ａ，３８ａが設けられている。電流検出器３７ａ，３８ａによって検出された駆動電流は、両電動モータの駆動を制御するために、電子制御ユニット３６にフィードバックされている。
【００２５】
次に、上記のように構成した実施形態の動作について、電子制御ユニット３６内にてコンピュータプログラム処理により実現される機能を表す図２の機能ブロック図を用いて説明する。電子制御ユニット３６は、操舵ハンドル１１への反力付与を制御するための反力制御部４０と、操舵ハンドル１１の回動操作に基づいて運転者の知覚特性に対応した左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを決定するための感覚適合制御部５０と、目標転舵角δdに基づいて左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵制御するための転舵制御部６０とからなる。
【００２６】
運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、操舵角センサ３１によって操舵ハンドル１１の操舵角θを表すパルス信号が出力されて、同出力されたパルス信号は、反力制御部４０および感覚適合制御部５０にそれぞれ出力される。ここで、操舵角センサ３１から出力されるパルス信号について説明しておく。
【００２７】
操舵角センサ３１は、パルス信号を出力するにあたり、図３に示すように、互いに位相がπ／２だけずれた２つのパルス信号を出力する。すなわち、操舵角センサ３１は、操舵入力軸１２と一体的に回転するメインスケールに形成されたスリットに対して、例えば、発光素子と受光素子とを互いに対向させて配置したロータリエンコーダを採用して形成することができる。そして、２対の発光素子と受光素子を、スリットの形成間隔に対して、π／２だけ離して配置することにより、操舵入力軸１２に回動に伴って互いに位相がπ／２だけずれた２つのパルス信号を出力することができる。なお、以下の説明においては、出力される２つのパルス信号のうち、一方をＡ相パルス信号、他方をＢ相パルス信号として説明する。
【００２８】
ここで、出力されたＡ相パルス信号とＢ相パルス信号に基づいて操舵角θを検出する方法について簡単に説明しておく。出力されたＡ相パルス信号とＢ相パルス信号をそのまま用いて操舵角θを検出すると、回転角度の分解能が粗くなる。このため、操舵角θを検出する場合には、例えば、出力されたＡ相パルス信号とＢ相パルス信号に対して排他的論理和を取る。さらに、この排他的論理和を微分したものと排他的論理和のＮＯＴを微分したものとに対して、排他的論理和を取る。これにより、操舵入力軸１２（操舵ハンドル１１）の回転角度すなわち操舵角θの分解能を高めることができ、精度よく操舵角θを検出することができる。
【００２９】
反力制御部４０においては、運転者によって操舵ハンドル１１が回動操作されると、図４に示すように、Ａ相パルス信号とＢ相パルス信号のパルスカウンタ値が大きくなる回動操作（以下、この回動操作を切込み操作という）がされている場合には目標反力トルクThfを計算し、パルスカウンタ値が小さくなる回動操作（以下、この回動操作を切戻し操作という）がされている場合には目標反力トルクThrを計算する。なお、以下の説明においては、これらの目標反力トルクThf，Thrをまとめて単に目標反力トルクThともいう。
【００３０】
そして、変位−トルク変換部４１は、ばね成分項としてのばね成分トルクTzf，Tzrを計算する。以下、この変位−トルク変換部４１によるばね成分トルクTzf，Tzrの計算について、切込み操作されたときに計算されるばね成分トルクTzfから具体的に説明する。変位−トルク変換部４１は、上述したように、操舵角センサ３１から出力されたＡ相パルス信号とＢ相パルス信号に基づいて検出した操舵ハンドル１１の操舵角θの絶対値が正の所定値θz未満であれば下記式１に従って操舵角θの一次関数であるばね成分トルクTzfを計算し、検出操舵角θの絶対値が正の所定値θz以上であれば下記式２に従って操舵角θの指数関数であるばね成分トルクTzfを計算する。ここで、下記式１の一次関数と下記式２の指数関数とは操舵角θzにて連続的に接続されるものであり、例えば、下記式２の指数関数における操舵角θzでの原点「０」を通る接線を下記式１の一次関数として採用することができる。なお、下記式１に関しては、一次関数に限定されるものではなく、検出操舵角θが「０」のときにばね成分トルクTzfが「０」となり、かつ、下記式２の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Tzf＝a1・θ  (｜θ｜＜θz)  …式１
Tzf＝To・exp(K1・θ)  (θz≦｜θ｜)  …式２
【００３１】
一方、切戻し操作された場合には、変位−トルク変換部４１は、操舵ハンドル１１の検出操舵角θの絶対値が正の所定値θz未満であれば下記式３に従って操舵角θの一次関数で表されるばね成分トルクTzrを計算し、検出操舵角θの絶対値が正の所定値θz以上であれば下記式４に従って操舵角θの指数関数であるばね成分トルクTzrを計算する。この切戻し操作における下記式３の一次関数と下記式４の指数関数も、上述した切込み操作の前記式１，２と同様に、操舵角θzにて連続的に接続されるものであり、例えば、下記式４の指数関数における操舵角θzでの原点「０」と通る接線を下記式３の一次関数として採用することができる。なお、この場合も、下記式３に関しては、一次関数に限定されるものではなく、検出操舵角θ「０」のときにばね成分トルクTzrが「０」となり、かつ、下記式４の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Tzr＝a2・θ−Mh1  (｜θ｜＜θz)  …式３
Tzr＝To・exp(K1・θ)−Mh1  (θz≦｜θ｜)  …式４
【００３２】
ここで、前記式１中のa1および前記式３中のa2は上述した一次関数の傾きを表す関数である。また、前記式２，４中のTo，K1は共に定数であり、特に定数Toは運転者が知覚し得る最小トルクである。なお、定数K1に関しては後述する感覚適合制御部５０の説明時に詳しく説明する。また、前記式１〜４中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表しているものとし、検出操舵角θが正であれば定数a1，a2および定数Toを負の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数a1，a2および定数Toを前記負の定数a1，a2および定数Toと同じ絶対値を有する正の値とする。
【００３３】
さらに、前記式３，４中のMh1は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が切込み操作から切戻し操作に変わった際に、計算されるばね成分トルクTzfとばね成分トルクTzrとを連続的に繋げるため、すなわち、切込み操作と切戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh1は、ある操舵角θが検出された時点における切込み操作時のばね成分トルクTzfと切戻し操作時のばね成分トルクTzrとの比率に基づいて決定され、下記式５のように表される。
Mh1＝np・(Kp・Tzf)  …式５
ただし、前記式５中のKpは後述するばね成分トルクTzfに対する最小変化感度（ウェーバー比）であり、npは最小変化感度に対する所定の係数である。
【００３４】
このように、ヒステリシス項Mh1が計算されることにより、切込み操作から切戻し操作に変わった時点における操舵角θが維持されるため、切込み操作における操舵ハンドル１１の回動量と切戻し操作における操舵ハンドル１１の回動量を略同一とすることができ、特に、切戻し操作時の操舵ハンドル１１の収束性を良好に確保することができる。なお、本実施形態においては、ヒステリシス項Mh1を前記式５にように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
【００３５】
さらに、検出操舵角θが操舵角θz未満のときに、前記式１および前記式３に従ってばね成分トルクTzfおよびばね成分トルクTzrが計算されることにより、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式１および前記式３は、原点「０」を通る関数であるため、ばね成分トルクTzfとばね成分トルクTzrが連続的に変化する。これにより、操舵ハンドル１１が中立位置を跨って回動操作される場合、言い換えれば、検出操舵角θの正負が逆転する場合においても、極めてスムーズにばね成分トルクTzf，Tzrを操舵ハンドル１１に付与することができて、運転者は違和感を覚えることがない。なお、ばね成分トルクTzfまたはばね成分トルクTzrの計算においては、前記式１〜５の演算に代えて、操舵角θに対するばね成分トルクTzf，Tzrを記憶した図５に示すような特性の変換テーブルを用いて計算するようにしてもよい。また、以下の説明においては、ばね成分トルクTzfおよびばね成分トルクTzrをまとめて単にばね成分トルクTzともいう。
【００３６】
上記のように計算されたばね成分トルクTzは、トルク加算部４２に供給される。トルク加算部４２は、供給されたばね成分トルクTzや以下に説明する操舵システムから入力される各トルクを合算して、運転者が操舵ハンドル１１を介して知覚する目標反力トルクThを計算する。このため、トルク加算部４２は、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３、操舵角速度−粘性トルク変換部４４およびヨーレート−セルフアライメントトルク変換部４５（以下、ヨーレート−ＳＡＴ変換部４５という）からそれぞれ計算された各トルクを入力する。
【００３７】
操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、ステアリングバイワイヤ方式以外の従来の操舵装置にて必然的に付与されるメカニカル的な摩擦に起因する摩擦トルクを反力アクチュエータ１３によって再現するために、操舵ハンドル１１の回動操作に応じた摩擦トルクMtdnwを計算する。以下、この摩擦トルクMtdnwの計算について、詳細に説明する。
【００３８】
従来の操舵装置においては、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に連結された構造であるため、操舵ハンドルと他部材（例えば、ステアリングコラムなど）との間にて摩擦が発生する。そして、この摩擦に起因した摩擦トルクが操舵ハンドルに付与されることによって、運転者は反力として知覚する。このように付与される摩擦トルクは、操舵ハンドルの操舵角速度に応じて常に発生するものである。このため、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置において、メカニカル的な摩擦トルクを反力アクチュエータによって再現する場合には、小さな操舵角速度であっても運転者が知覚できる程度のトルクを発生させる必要があるとともに、操舵ハンドルの回動操作方向が切り替わった場合の応答性を確保するためにより大きなトルクを発生させる必要がある。
【００３９】
ところが、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置において、上述したように摩擦トルクを再現して付与する場合には、運転者が意図するものであるか否かに関係なく、単に操舵ハンドルの動きに基づいてトルクが付与される。このため、例えば、運転者が操舵ハンドルを把持する力を緩めた場合には、操舵ハンドルの自重による微小な振れが発生し、この振れに起因したトルクが操舵ハンドルに付与されることになる。これにより、操舵ハンドルに高周波のハンチング現象が発生する可能性がある。そして、このようにハンチング現象が発生した場合には、運転者が操舵ハンドルを介してゴツゴツした反力を知覚し、不快感を覚える可能性がある。
【００４０】
このため、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、操舵ハンドル１１の微小な振れの影響を排除し、スムーズに変化する摩擦トルクMtdnwを計算する。すなわち、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、操舵ハンドル１１の微小な振れに起因する摩擦トルクMtdnwを「０」に設定して、適切に付与すべき摩擦トルクMtdnwを計算する。具体的に説明すると、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、図６に示すように、操舵角センサ３１から出力されたＡ相パルス信号とＢ相パルス信号のパルスカウンタ値うち、操舵ハンドル１１の回動操作開始位置から所定数のパルスカウンタ値をキャンセルし、同キャンセルしたパルスカウンタ値に対応する操舵角速度dθ／dtを「０」に設定する。
【００４１】
より詳しく説明すると、図６において、操舵ハンドル１１の回動操作開始位置、すなわち、回動操作を開始するパルスカウンタ値が、今、パルスカウンタ値Mである場合を考える。この状態から、運転者によって操舵ハンドル１１が切込み方向に回動操作された場合には、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、N−1個のパルス信号をキャンセルし、操舵角速度dθ／dtを「０」とする。そして、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、パルスカウンタ値M＋N以降のＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号を用いて操舵角速度dθ／dtを計算する。一方、運転者によって操舵ハンドル１１が切戻し方向に回動操作された場合には、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、N−1個のパルス信号をキャンセルし、操舵角速度dθ／dtを「０」とする。そして、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、パルスカウンタ値M−N以降のＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号を用いて操舵角速度dθ／dtを計算する。
【００４２】
なお、本実施形態においては、N−1個のパルス信号をキャンセルするように実施する。しかしながら、上述したように、操舵角θがパルス信号に基づいて検出されることから、操舵ハンドル１１の回動操作開始後の所定角度範囲内における操舵角θに対して操舵角速度dθ／dtを「０」に設定するように実施可能であることはいうまでもない。
【００４３】
そして、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、操舵角速度dθ／dtを計算すると、下記式６に従い、摩擦トルクMtdnwを計算する。
Mtdnw＝DF・(dθ／dt＋Mtdh)  …式６
ただし、前記式６中のDFは、所定のゲイン定数を表す。また、計算される摩擦トルクMtdnwは、図７に概略的に示すように、ヒステリシス特性を有するものである。このため、前記式６中のMtdhは、摩擦トルクMtdnwのヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項であり、下記式７のように表すことができる。
Mtdh＝(Mtdh(n−1)＋DFh・(dθ／dt))−(Mtdh・Ko)  …式７
【００４４】
ここで、前記式７における右辺第１項は積分項を表すものである。そして、同右辺第１項中のDFhは、操舵ハンドル１１が切込み操作または切戻し操作された場合に応じて変化するゲインを表すものであり、次のように決定される。すなわち、操舵ハンドル１１が切込み操作されている場合、言い換えれば、ヒステリシス項Mtdhの符号と操舵角速度dθ／dtの符号が一致するように操舵ハンドル１１が同相に切り込まれた場合には、DFhは所定のゲイン１に設定される。一方、操舵ハンドル１１が切戻し操作されている場合、言い換えれば、ヒステリシス項Mtdhの符号と操舵角速度dθ／dtの符号が一致せず操舵ハンドル１１が逆相に切り込まれた場合には、DFhは所定のゲイン２に設定される。ここで、所定のゲイン１と所定のゲイン２の大きさは、切込み操作と切戻し操作との切り替え時における応答性を良好に確保するために、ゲイン２が大きくなるように設定されている。
【００４５】
また、右辺第２項は摩擦トルクMtdnwの０収束項を表す。このため、前記式７の右辺第２項中のKoは、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtが「０」すなわち操舵ハンドル１１が保舵されているときに、所定の時定数で摩擦トルクMtdnwを「０」に収束させるための０収束係数である。
【００４６】
次に、このように計算される摩擦トルクMtdnwの時間変化について説明しておく。今、操舵ハンドル１１を左方向に切込み操作するとともに右方向に切戻し操作した後、中立位置に保舵した場合を考える。この一連の操作について、操舵角速度dθ／dtを示すと、図８にて一点鎖線で示すようになる。そして、これらの操作に応じて計算される摩擦トルクMtdnwは、図８にて実線で示すように時間変化する。すなわち、操舵ハンドル１１の切込み開始時点においては、上述したように、操舵角速度dθ／dtが「０」に設定されるため、摩擦トルクMtdnwも「０」である。その後、操舵角速度dθ／dtの増加に伴って、摩擦トルクMtdnwも増加し、操舵角速度dθ／dtが一定となると、摩擦トルクMtdnwは緩やかに変化する。これは、操舵ハンドル１１が切込み操作されているため、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、前記式７におけるゲインDFhをゲイン１に設定してヒステリシス項Mtdhを計算し、同計算したヒステリシス項Mtdhを用いた前記式６に従って摩擦トルクMtdnwを計算するためである。
【００４７】
そして、一定の操舵角速度dθ／dtで切込み操作されている操舵ハンドル１１が切戻し操作されると、言い換えれば、操舵角速度dθ／dtの符号が逆転すると、摩擦トルクMtdnwの符号も逆転する。これは、操舵ハンドル１１が切戻し操作されたため、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、前記式７におけるゲインDFhをゲイン２に設定してヒステリシス項Mtdhを計算し、同計算したヒステリシス項Mtdhを用いた前記式６に従って摩擦トルクMtdnwを計算するためである。このとき、ゲイン２はゲイン１よりも大きな値に設定されているため、摩擦トルクMtdnwが、切込み操作時における操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtに合わせて応答性よく変化する。
【００４８】
また、切戻し操作開始後、操舵角速度dθ／dtが一定となると、上述した切込み操作時と同様に、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、前記式７におけるゲインDFhをゲイン１に設定し、前記式６に従って摩擦トルクMtdnwを計算するため、摩擦トルクMtdnwの時間変化が緩やかになる。そして、操舵ハンドル１１が中立位置で保舵されると、操舵角速度dθ／dtは「０」となるため、操舵角速度−摩擦トルク変換部４３は、前記式７の０収束項に従って、ヒステリシス項Mtdhを計算し、前記式６に従って摩擦トルクMtdnwを計算する。これにより、摩擦トルクMtdnwは、「０」に向けて収束する。
【００４９】
ここで、計算される摩擦トルクMtdnwの変化特性に関しては、以下に示すような変化特性を有するとよい。すなわち、摩擦トルクMtdnwは、上述したように、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtに依存して計算される。このため、例えば、操舵角速度dθ／dtの小さい切込み操作または切戻し操作において、操舵角速度dθ／dtが一定となったときには、図９に示すように、摩擦トルクMtdnwが緩やかに変化する特性とするとよい。また、例えば、操舵角速度dθ／dtの大きい切込み操作または切戻し操作において、操舵角速度dθ／dtが一定となったときには、図１０に示すように、摩擦トルクMtdnwが予め設定された最大値に直に変化する特性を有するとよい。このような特性を摩擦トルクMtdnwが有するように計算することによって、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作に対して、時間差を有することなく人間の知覚特性に合った適切な摩擦トルクMtdnwを付与することができる。
【００５０】
このように、回動操作を開始するパルスカウンタ値Mを中心として、N−1個のパルス信号をキャンセルして操舵角速度dθ／dtを「０」に設定することによって、上述した操舵ハンドル１１の微小な振れに起因する高周波のハンチング現象の発生を防止することができる。すなわち、操舵ハンドル１１がパルスカウンタ値M±N未満で回動操作された場合には、操舵角速度dθ／dtが「０」に設定されるため、摩擦トルクMtdnwが「０」となる。したがって、ゴツゴツした反力が操舵ハンドル１１を介して運転者によって知覚されることを防止することができる。また、ハンチング現象の発生が起きにくい操舵ハンドル１１の回動位置、言い換えれば、パルスカウンタ値M±N以降で操舵角速度dθ／dtを計算することにより、適切かつスムーズな摩擦トルクMtdnwを計算することができる。
【００５１】
操舵角速度−粘性トルク変換部４４は、操舵ハンドル１１の回動操作に伴い発生する粘性トルクMtdを計算する。この粘性トルクMtdは、操舵角速度dθ／dtに比例して計算されるため、操舵角速度dθ／dtに対する粘性トルクMtdを記憶した図１１に示すような特性の変換テーブルを用いて計算される。なお、粘性トルクMtdは、摩擦トルクMtdnwよりも小さい値として計算される。このため、操舵ハンドル１１に微小な振動が発生しても、運転者が知覚し得るゴツゴツ感を生じさせない。
【００５２】
また、ヨーレート−ＳＡＴ変換部４５は、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２と路面間の摩擦に起因して、操舵ハンドル１１に入力されるセルフアライメントトルクMsatを計算する。このヨーレート−ＳＡＴ変換部４５は、ヨーレートセンサ３５によって検出された実ヨーレートγを入力し、同検出された実ヨーレートγに対するセルフアライメントトルクMsatを記憶した図１２に示すような特性の変換テーブルを用いて計算する。
【００５３】
このように計算された摩擦トルクMtdnw、粘性トルクMtdおよびセルフアライメントトルクMsatを入力すると、トルク加算部４２は、供給されたばね成分トルクTzに対して、入力した各トルクを合算する。これにより、トルク加算部４２は、操舵ハンドル１１に付与する反力として、切込み操作時には目標反力トルクThfを計算し、切戻し操作時には目標反力トルクThrを計算する。そして、トルク加算部４２は、計算した目標反力トルクTh（すなわち、目標反力トルクThf，Thr）を駆動制御部４６に供給する。
【００５４】
駆動制御部４６は、駆動回路３７から反力アクチュエータ１３内の電動モータに流れる駆動電流を入力し、同電動モータに目標反力トルクThに対応した駆動電流が流れるように駆動回路３７をフィードバック制御する。この反力アクチュエータ１３内の電動モータの駆動制御により、同電動モータは、操舵入力軸１２を介して操舵ハンドル１１に目標反力トルクThに対応した反力を付与する。
【００５５】
これにより、運転者は、操舵ハンドル１１から前記計算された目標反力トルクThを感じながら、言い換えれば、目標反力トルクThに等しい操舵トルクを操舵ハンドル１１に加えながら、操舵ハンドル１１を回動操作する。このとき、特に、目標反力トルクThを形成するばね成分トルクTzが操舵角θに対して指数関数的に変化する、言い換えれば、ウェーバー・ヘフナーの法則に従うものであるので、運転者は、操舵ハンドル１１から人間の知覚特性に合った感覚を受けながら、操舵ハンドル１１を回動操作できる。
【００５６】
一方、感覚適合制御部５０においては、操舵角センサ３１から出力されたＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号に基づいて検出した操舵角θする。そして、変位−トルク変換部５１は、上述した反力制御部４０の変位−トルク変換部４１と同様に、運転者によって切込み操作されているときには、前記式１，２と同様な下記式８，９に従って操舵トルクTdfを計算する。また、運転者によって切戻し操作されているときには、変位−トルク変換部５１は、前記式３，４と同様な下記式１０，１１に従って操舵トルクTdrを計算する。これら操舵トルクTdf，Tdrの計算においても、前記式８，１０に関しては、一次関数に限定されるものではなく、操舵角θが「０」のときに操舵トルクTdf，Tdrが「０」となり、かつ、式９，１１の指数関数と連続的に接続される関数であれば、種々の関数を採用することができる。
Tdf＝a1・θ  (｜θ｜＜θz)  …式８
Tdf＝To・exp(K1・θ)  (θz≦｜θ｜)  …式９
Tdr＝a2・θ−Mh1  (｜θ｜＜θz)  …式１０
Tdr＝To・exp(K1・θ)−Mh1  (θz≦｜θ｜)  …式１１
【００５７】
この場合も、前記式８中のa1および前記式１０中のa2は上述した一次関数の傾きを表す定数である。また、前記式９，１１中のTo，K1は、前記式２，４と同様な定数である。また、前記式８〜１１中の操舵角θは、前記検出操舵角θの絶対値を表しているものであるが、検出操舵角θが正であれば定数a1，a2および定数Toを正の値とするとともに、検出操舵角θが負であれば定数a1，a2および定数Toを前記正の定数a1，a2および定数Toと同じ絶対値を有する負の値とする。さらに、前記式１０，１１中のMh1は、前記式３，４と同様に、切込み操作と切戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh1も、ある操舵角θが検出された時点における切込み操作時の操舵トルクTdfと切戻し操作時の操舵トルクTdrとの比率に基づいて決定され、下記式１２のように表される。
Mh1＝np・(Kp・Tdf)   …式１２
ただし、前記式５と同様に、前記式１２中のKpは操舵トルクTdfに対する最小変化感度（ウェーバー比）であり、npは最小変化感度に対する所定の係数である。
【００５８】
この操舵トルクTdf，Tdrの計算においても、上述したばね成分トルクTzf，Tzrの計算と同様に、前記式１２に従ってヒステリシス項Mh1が計算されることにより、前記式８，９に従って計算された操舵トルクTdfと前記式１０，１１に従って計算された操舵トルクTdrとが連続的に繋がるため、切込み操作から切戻し操作にスムーズに変えることができる。また、検出操舵角θが操舵角θz未満のときには、前記式８および前記式１０に従って操舵トルクTdfおよび操舵トルクTdrが計算されるため、これら操舵トルクTdf，Tdrを「０」に収束させることができるとともに、中立位置を跨いで操舵ハンドル１１が回動されても操舵トルクTdfと操舵トルクTdrを連続的に（スムーズ）に変更することができる。なお、この場合も、前記式８〜１１の演算に代えて、操舵角θに対する操舵トルクTdfおよび操舵トルクTdrを記憶した図５に示すような特性の変換テーブルを用いて操舵トルクTdf，Tdrを計算するようにしてもよい。
【００５９】
このように計算された操舵トルクTdf，Tdrは、トルク−横加速度変換部５２に供給される。なお、トルク−横加速度変換部５２は、変位−トルク変換部５１から供給される操舵トルクTdf，Tdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては操舵トルクTdf，Tdrをまとめて操舵トルクTdとして説明する。トルク−横加速度変換部５２は、運転者が操舵ハンドル１１の切込み操作により見込んでいる見込み横加速度Gdfを下記式１３，１４に従って計算し、切戻し操作により見込んでいる見込み横加速度Gdrを下記式１５，１６に従って計算する。
【００６０】
このとき、トルク−横加速度変換部５２は、見込み横加速度Gdf，Gdrを、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg未満であれば下記式１３，１５に従って計算し、操舵トルクTdの絶対値が正の所定値Tg以上であれば下記式１４，１６に従って計算する。ここで、下記式１３または式１５は操舵トルクTdの一次関数式であって操舵トルクTdが「０」のときに見込み横加速度Gdf，Gdrが「０」となる関数である。また、下記式１４，１６は操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式１３，１５と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
Gdf＝c1・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式１３
Gdf＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式１４
Gdr＝c2・Td−Mh2  （｜Td｜＜Tg）  …式１５
Gdr＝C・(Td−Mh2)K2  （Tg≦｜Td｜）  …式１６
ただし、前記式１３中のc1および前記式１５中のc2は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式１４，１６中のC，K2は定数である。また、前記式１３〜１６中の操舵トルクTdは前記式８〜１２を用いて計算した操舵トルクTd（すなわち操舵トルクTdf，Tdr）の絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数c1，c2および定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数c1，c2および定数Cを前記正の定数c1，c2および定数Cと同じ絶対値を表す負の値とする。
【００６１】
また、前記式１５，１６中のMh2は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が切込み操作から切戻し操作に変わった際に、計算される見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrとを連続的に繋げるため、すなわち、切込み操作と切戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh2は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込み横加速度Gdfと切戻し操作時の見込み横加速度Gdrとの比率に基づいて決定され、下記式１７のように表される。
Mh2＝nq・(Kq・Td)   …式１７
ただし、前記式１７中のKqは後述する操舵トルクTdに対する最小変化感度（ウェーバー比）であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、本実施形態においては、ヒステリシス項Mh2を前記式１７のように操舵角θを含ますに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
【００６２】
このように、ヒステリシス項Mh2が計算されることにより、前記式１３または式１４に従って計算された見込み横加速度Gdfと前記式１５または式１６に従って計算された見込み横加速度Gdrとが連続的に繋がるため、見込み横加速度Gdfから見込み横加速度Gdrへ、逆に、見込み横加速度Gdrから見込み横加速度Gdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式１７に従ってヒステリシス項Mh2が計算されることにより、切込み操作と切戻し操作間の変更時点における見込み横加速度Gdf，Gdrが維持される。このため、後述するように、見込み横加速度Gdf，Gdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、例えば、路面から入力される外乱（セルフアライメントトルクなど）によって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
【００６３】
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式１３および前記式１５に従って見込み横加速度Gdfおよび見込み横加速度Gdrが計算されることにより、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式１３および前記式１５は、原点「０」を通る関数であるため、見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrが非連続となることが防止される。
【００６４】
すなわち、運転者が見込み横加速度を、例えば、右方向から左方向へ変化する横加速度を見込んだとすれば、トルク−横加速度変換部５２は、前記式１５に従って一次関数的に「０」に収束する見込み横加速度Gdrを計算するとともに前記式１３に従って「０」から一次関数的に増大する見込み横加速度Gdfを計算する。したがって、見込み横加速度Gdfと見込み横加速度Gdrは、「０」で連続となり、見込み横加速度の知覚方向が変化する場合、言い換えると、検出操舵角θが正負逆転する場合においても、極めてスムーズに見込み横加速度Gdf，Gdrを切り替えることができて、運転者は車両の挙動変化に対して違和感を覚えることがない。なお、この場合も、前記式１３〜１７の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み横加速度Gdf，Gdrを記憶した図１３に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み横加速度Gdf，Gdrを計算するようにしてもよい。
【００６５】
ここで、切込み操作時に適用される前記式１４について説明しておく。なお、切戻し操作時に適用される前記式１６については、前記式１４における操舵トルクTdが操舵トルク(Td−Mh2)で表されること以外同様に構成されているため前記式１４を詳細に説明することにより、その説明を省略する。前記式９を用いて操舵トルクTd（詳しくは操舵トルクTdf）を消去すると、下記式１８に示すようになる。
Gdf＝C・(To・exp(K1・θ))K2＝C・ToK2・exp(K1・K2・θ)＝Go・exp(K1・K2・θ)  …式１８
前記式１８において、Goは定数C・ToK2であり、式１８は、運転者による操舵ハンドル１１の操舵角θに対して見込み横加速度Gdfが指数関数的に変化していることを示す。なお、前記式１６も上記式１４から式１８への変形と同様に変形することにより、操舵角θに対して見込み横加速度Gdfが指数関数的に変化する。そして、この見込み横加速度Gdfは、車内の所定部位への運転者の体の一部の接触によって運転者が知覚し得る物理量であり、前述したウェーバー・ヘフナーの法則に従ったものである。したがって、操舵トルクTdfが所定値Tg以上のときに、運転者が、この見込み横加速度Gdfに等しい横加速度を知覚しながら操舵ハンドル１１を回動操作することができれば、操舵ハンドル１１の回動操作と車両の操舵との関係を人間の知覚特性に対応させることができる。
【００６６】
次に、上述したパラメータK1，K2，C（所定値K1，K2，C）の決め方について説明しておく。なお、このパラメータK1，K2，Cの決め方についての説明では、操舵トルクTdf，Tdrおよび見込み横加速度Gdf，Gdrを操舵トルクTおよび横加速度Gとして扱う。前述したウェーバー・ヘフナーの法則によれば、「人間の知覚できる最小の物理量変化ΔＳとその時点での物理量Ｓとの比ΔＳ／Ｓは、物理量Ｓの値によらず一定となり、その比ΔＳ／Ｓをウェーバー比という」ことになっている。
【００６７】
このことに基づき、前記式９を微分するとともに、同微分した式において式９を考慮すると、下記式１９が成立する。
ΔT＝To・exp(K1・θ)・K1・(dθ／dt)＝T・K1・(dθ／dt)  …式１９
この式１９を変形するとともに、物理量としての操舵トルクに関するウェーバー比ΔT／TをKtとすると、下記式２０が成立する。
K1＝ΔT／(T・(dθ／dt))＝Kt／(dθ／dt)  …式２０
【００６８】
また、最大操舵トルクをTmaxとすれば、前記式９より下記式２１が成立する。
Tmax＝To・exp(K1・θmax)  …式２１
この式２１を変形すれば、下記式２２が成立する。
K1＝log(Tmax／To)／θmax  …式２２
そして、前記式２０および式２２から下記式２３が導かれる。
dθ／dt＝Kt／K1＝Kt・θmax／log(Tmax／To)  …式２３
この式２３において、Ktは操舵トルクTのウェーバー比であり、θmaxは操舵角の最大値であり、Tmaxは操舵トルクの最大値であり、Toは人間が知覚し得る最小トルクに対応するものであり、これらの値Kt，θmax，Tmax，Toはいずれも実験およびシステムによって決定される定数であるので、操舵角速度dθ／dtは前記式２３を用いることによっても計算できる。そして、この操舵角速度dθ／dtとウェーバー比Ktを用いて、前記式２０に基づいて所定値（係数）K1も計算できる。
【００６９】
また、前記式１４を微分するとともに、同微分した式において式１４を考慮すると、下記式２４が成立する。
ΔG＝C・K2・TK2-1・ΔT＝G・K2・ΔT／T  …式２４
この式２４を変形すると、下記式２５，２６が成立する。
ΔG／G＝K2・ΔT／T  …式２５
K2＝Ka／Kt  …式２６
この式２６において、Kaは、物理量としての横加速度に関するウェーバー比ΔG／Gである。したがって、操舵トルクに関するウェーバー比Ktおよび横加速度に関するウェーバー比Kaは共に定数として与えられるものであるので、これらのウェーバー比Kt，Kaを用いて、前記式２６に基づいて係数K2も計算できる。
【００７０】
また、横加速度の最大値をGmaxとし、操舵トルクの最大値をTmaxとすれば、前記式１４から下記式２７が導かれる。
C＝Gmax／TmaxK2  …式２７
そして、この式２７においては、GmaxおよびTmaxは実験およびシステムによって決定される定数であり、かつK2は前記式２６によって計算されるものであるので、定数（係数）Cも計算できる。
【００７１】
以上のように、操舵角θの最大値θmax、操舵トルクTの最大値Tmax、横加速度Gの最大値Gmax、最小トルクTo、最小感知横加速度Go、操舵トルクTに関するウェーバー比Kt、および横加速度に関するウェーバー比Kaを、実験およびシステムによって決定すれば、前記パラメータK1，K2，Cを予め計算により決定しておくことができる。したがって、変位−トルク変換部４１，５１およびトルク−横加速度変換部５２においては、前記式１〜５および前記式８〜１７を用いて、運転者の知覚特性に合ったばね成分トルクTzf，Tzr、操舵トルクTdf，Tdrおよび見込み横加速度Gdf，Gdrを計算できる。
【００７２】
ふたたび、図２の説明に戻ると、トルク−横加速度変換部５２にて計算された見込み加速度Gdf，Gdrは、転舵角変換部５３に供給される。なお、転舵角変換部５３は、トルク−横加速度変換部５２から供給される見込み加速度Gdf，Gdrがいずれの場合であっても後述する計算を同様に実行するため、以下の説明においては見込み加速度Gdf，Gdrをまとめて見込み加速度Gdとして説明する。転舵角変換部５３は、見込み加速度Gdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを計算するものであり、図１４に示すように車速Vに応じて変化して見込み加速度Gdに対する目標転舵角δdの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δと横加速度Gとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５３は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み加速度Gdと車速センサ３３から入力した検出車速Vとに対応した目標転舵角δdを計算する。また、前記テーブルに記憶されている横加速度G（見込み加速度Gd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、転舵角変換部５３から供給される見込み加速度Gdが負であれば、出力される目標転舵角δdも負となる。
【００７３】
なお、目標転舵角δdは下記式２８に示すように車速Vと横加速度Gの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式２８の演算の実行によっても計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋A・Ｖ2)・Ｇd／Ｖ2  …式２８
ただし、前記式２８中のLはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
【００７４】
この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６１に供給される。転舵角補正部６１は、トルク−横加速度変換部５２から見込み加速度Gdを入力するとともに、横加速度センサ３４によって検出した実横加速度Gをも入力しており、下記式２９の演算を実行して入力した目標転舵角δdを補正し、補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋K3・(Gd−G)  …式２９
ただし、係数K3は予め決められた正の定数であり、実横加速度Gが見込み加速度Gdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実横加速度Gが見込み加速度Gdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み加速度Gdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角がより精度よく確保される。
【００７５】
この計算された補正目標転舵角δdaは、駆動制御部６２に供給される。駆動制御部６２は、転舵角センサ３２によって検出された実転舵角δを入力し、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaに転舵されるように転舵アクチュエータ２１内の電動モータの回転をフィードバック制御する。また、駆動制御部６２は、駆動回路３８から同電動モータに流れる駆動電流も入力し、転舵トルクに対応した大きさの駆動電流が同電動モータに適切に流れるように駆動回路３８をフィードバック制御する。
【００７６】
この転舵アクチュエータ２１の駆動制御において、駆動制御部６２は、車両の旋回挙動が乱れないように、転舵角δの時間変化すなわち転舵角速度dδ／dtを制限する。具体的に説明すると、駆動制御部６２は、図１５に示すように、破線で示す実転舵角速度dδ／dtが大きい場合には、実線で示す転舵角速度制限値(dδ／dt)_limで制限するとともに、同制限した転舵角速度dδ／dtに対して、図１６に示すようなフィルタ処理を実行することによって、転舵アクチュエータ２１が滑らかに作動するように制御する。これにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が補正目標転舵角δdaまで変化する場合であっても、車両の旋回挙動を乱すことなく、車両を滑らかに旋回させることができるため、極めて良好な操安性を確保することができる。
【００７７】
以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、運転者によって操舵ハンドル１１が操作された場合には、反力アクチュエータ１３は、ばね成分項としてのばね成分トルクTz（詳しくは、ばね成分トルクTzf，Tzr）と、摩擦成分項としての摩擦トルクMtdnwと、粘性成分項としての粘性トルクMtdと、車両に発生したヨーレートγに基づくセルフアライメントトルクMsatを加算して計算される目標反力トルクThを操舵ハンドル１１に付与することができる。
【００７８】
ここで、ばね成分項としてのばね成分トルクTzは、操舵角センサ３１から出力されるＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号によって表される操舵角θに対して、所定値θz未満では比例関数的に変化し、所定値θz以上では指数関数的に変化する特性を有する。これにより、運転者による操舵ハンドル１１の操作に対して付与される目標反力トルクThを構成するトルクのうち、もっとも大きな影響を与えるばね成分トルクTzを人間の知覚特性に合わせて変化させることができる。そして、このように計算されるばね成分トルクTzに対して、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtに応じて変化する摩擦トルクMtdnw、粘性トルクMtdと、実ヨーレートγに応じて変化するセルフアライメントトルクMsatとが加算される。したがって、運転者は、良好な操作フィーリングを得ることができる。
【００７９】
そして、操舵ハンドル１１の操作開始直後に出力される所定数（N−1個）のパルス信号をキャンセルすることによって、操舵ハンドル１１の操舵角速度dθ／dtを「０」として摩擦トルクMtdnwを「０」に設定することができる。これにより、例えば、操舵ハンドル１１の自重により微小な振動が生じた場合であっても、反力アクチュエータ１３は、この振動に伴う摩擦トルクMtdnwを発生することがない。このように、摩擦トルクMtdnwを付与しないことによって、操舵ハンドル１１に対して主としてばね成分トルクTzを付与することができ、極めてスムーズに変化する目標反力トルクThを付与することができる。したがって、運転者は、操舵ハンドル１１を介してゴツゴツと変化する目標反力トルクThを知覚することがなく、極めて良好な操作フィーリングを得ることができる。なお、粘性トルクMtdは、摩擦トルクMtdnwに比して小さいため、操舵ハンドル１１に微小な振動が生じた場合であっても、運転者が違和感を覚えることはない。
【００８０】
また、運転者が操舵ハンドル１１を回動操作すると、操舵角θと指数関係（またはべき乗関係）にある車両の見込み横加速度Gdを計算することができる。そして、この計算された見込み横加速度Gdに基づいて、同見込み横加速度Gdで車両が運動するために必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の補正目標転舵角δdaが計算されて、この計算された補正目標転舵角δdaに左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が転舵される。したがって、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として見込み横加速度Gdが与えられる。そして、操舵角θに対して、見込み横加速度Gdが指数関数的またはべき乗関数的に変化するものであるので、運転者は、人間の知覚特性に合った横加速度を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドル１１を操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【００８１】
上記実施形態においては、運動状態量として、トルク−横加速度変換部５２によって計算された見込み横加速度Gdf，Gdrを採用し、この見込み横加速度Gdf，Gdrに応じた目標転舵角δdを計算するように実施した。これに対し、運動状態量としてヨーレートを採用して実施することも可能である。以下、この第１変形例について説明するが、上記実施形態と同一部分に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００８２】
この第１変形例においては、車両の操舵装置が上記実施形態と同様に図１に示すように構成されるが、電子制御ユニット３６にて実行されるコンピュータプログラムは、図１７の機能ブロック図により示すように、上記実施形態の場合と若干異なる。すなわち、感覚適合制御部５０において、変位−トルク変換部５１は上記実施形態と同様に機能するが、上記実施形態のトルク−横加速度変換部５２に代えてトルク−ヨーレート変換部５４が設けられている。
【００８３】
このトルク−ヨーレート変換部５４には、変位−トルク変換部５１から計算された操舵トルクTd（詳しくは、操舵トルクTdf，Tdr）が供給される。そして、トルク−ヨーレート変換部５４は、運転者が操舵ハンドル１１の切込み操作により見込んでいる見込みヨーレートγdfと、切戻し操作により見込んでいる見込みヨーレートγdrとを下記式３０〜３３に従って計算する。ここで、下記式３０または式３２は上記実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数であって操舵トルクTdが「０」のときに見込みヨーレートγdf，γdrが「０」となる関数である。また、下記式３１または式３３は上記実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式３０，３２と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
γdf＝c3・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式３０
γdf＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式３１
γdr＝c4・Td−Mh3  （｜Td｜＜Tg）  …式３２
γdr＝C・(Td−Mh3)K2  （Tg≦｜Td｜）  …式３３
【００８４】
ただし、前記式前記式３０中のc3および前記式３２中のc4は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式３１，３３中のC，K2は上記実施形態と同様の定数である。また、前記式３０〜３３中の操舵トルクTdは前記式８〜１２を用いて計算した操舵トルクTd（すなわち操舵トルクTdf，Tdr）の絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数c3，c4および定数Cを前記正の定数c3，c4および定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。
【００８５】
また、前記式３２，３３中のMh3は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が切込み操作から切戻し操作に変わった際に、計算される見込みヨーレートγdfと見込みヨーレートγdrとを連続的に繋げるため言い換えれば切込み操作と切戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh3は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込みヨーレートγdfと切戻し操作時の見込みヨーレートγdrとの比率に基づいて決定され、下記式３４のように表される。
Mh3＝nq・(Kq・Td)   …式３４
ただし、上記実施形態と同様に、前記式３４中のKqは操舵トルクTdに対するウェーバー比であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、この第１変形例においても、ヒステリシス項Mh3を前記式３４のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
【００８６】
このように、ヒステリシス項Mh3が計算されることにより、前記式３０または式３１に従って計算された見込みヨーレートγdfと前記式３２または式３３に従って計算された見込みヨーレートγdrへ、逆に、見込みヨーレートγdrから見込みヨーレートγdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式３４に従ってヒステリシス項Mh3が計算されることにより、切込み操作と切戻し操作間の変更時点における見込みヨーレートγdf，γdrが維持される。このため、後述するように、見込みヨーレートγdf，γdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、例えば、道路から入力される外乱によって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
【００８７】
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式３０および前記式３２に従って見込みヨーレートγdfおよび見込みヨーレートγdrが計算されることにより、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式３０および前記式３２は、原点「０」と通る関数であるため、見込みヨーレートγdfと見込みヨーレートγdrが非連続となることが防止される。なお、この見込みヨーレートγdf，γdrの計算においても、前記式３０〜３４の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込みヨーレートγdf，γdrを記憶した図１８に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込みヨーレートγdf，γdrを計算するようにしてもよい。
【００８８】
そして、トルク−ヨーレート変換部５４にて計算された見込みヨーレートγdf，γdr（以下、まとめて見込みヨーレートγdという）は、転舵角変換部５５に供給される。転舵角変換部５５は、見込みヨーレートγdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを計算するものであり、図１９に示すように車速Vに応じて変化して見込みヨーレートγdに対する目標転舵角δdの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δとヨーレートγとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５５は、このテーブルを参照して、前記入力した見込みヨーレートγdと車速センサ３３から入力した検出車速Vに対応した目標転舵角δdを計算する。また、前記テーブルに記憶されているヨーレートγ（見込みヨーレートγd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、トルク−ヨーレート変換部５４から供給される見込みヨーレートγdが負であれば、出力された目標転舵角δdも負となる。
【００８９】
なお、目標転舵角δdは下記式３５に示すように車速Vとヨーレートγの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式３５の演算の実行によっても計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋Ａ・Ｖ2)・γd／Ｖ  …式３５
ただし、前記式３５においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
【００９０】
そして、この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６３に供給される。転舵角補正部６３は、トルク−ヨーレート変換部５４から見込みヨーレートγdを入力するとともに、ヨーレートセンサ３５によって検出された実ヨーレートγをも入力しており、下記式３６の演算を実行して、入力した目標転舵角δdを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋K5・(γd−γ)  …式３６
ただし、係数K5は予め決められた正の定数であり、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実ヨーレートγが見込みヨーレートγdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込みヨーレートγdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δがより精度よく確保される。
【００９１】
そして、上記説明した第１変形例においても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。また、この第１変形例においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両が旋回すると、この旋回により、運転者は、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として見込みヨーレートγdが与えられる。そして、見込みヨーレートγdは操舵角θに対してべき乗関数的（または指数関数的）に変化するものであるので、運転者は人間の知覚特性に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドル１１を操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【００９２】
また、上記実施形態における運動状態量としての横加速度に代えて、旋回曲率を採用することもできる。以下、運動状態量として旋回曲率を採用した第２変形例について説明する。この第２変形例においても、車両の操舵装置は、上記実施形態と同様に図１に示すように構成されている。ただし、電子制御ユニット３６にて実行されるコンピュータプログラムが上記実施形態の場合とは若干異なる。なお、以下の説明においては、上記実施形態と同一部分に同一の符号を付しその詳細な説明を省略する。
【００９３】
この第２変形例においては、電子制御ユニット３６にて実行されるコンピュータプログラムが図２０の機能ブロック図により示されている。この場合、感覚適合制御部５０において変位−トルク変換部５１は上記実施形態と同様に機能するが、上記実施形態のトルク−横加速度変換部５２に代えてトルク−旋回曲率変換部５６が設けられている。
【００９４】
このトルク−旋回曲率変換部５６は、変位−トルク変換部５１から計算された操舵トルクTd（詳しくは、操舵トルクTdf，Tdr）が供給される。そして、トルク−旋回曲率変換部５６は、運転者が操舵ハンドル１１の切込み操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdfと、切戻し操作により見込んでいる見込み旋回曲率ρdrとを、下記式３７〜４０に従って計算する。ここで、下記式３７または式３９は上記実施形態と同じく操舵トルクTdの一次関数であって操舵トルクTdが「０」のときに見込みヨーレートγdf，γdrが「０」となる関数である。また、下記式３８または式４０は上記実施形態と同じく操舵トルクTdのべき乗関数であり、下記式３７，３９と所定値Tgにて連続的に接続するものである。
ρdf＝c5・Td  （｜Td｜＜Tg）  …式３７
ρdf＝C・TdK2  （Tg≦｜Td｜）  …式３８
ρdr＝c6・Td−Mh4  （｜Td｜＜Tg）  …式３９
ρdr＝C・(Td−Mh4)K2  （Tg≦｜Td｜）  …式４０
【００９５】
ただし、前記式３７中のc5および前記式３９中のc6は一次関数の傾きを表す定数であり、前記式３８，４０中のC，K2は上記実施形態と同様の定数である。また、前記式３７〜４０中の操舵トルクTdは前記式８〜１２を用いて計算した操舵トルクTd（すなわち操舵トルクTdf，Tdr）の絶対値を表しているものであり、前記計算した操舵トルクTdが正であれば定数c5，c6および定数Cを正の値とするとともに、前記計算した操舵トルクTdが負であれば定数c5，c6および定数Cを前記正の定数c5，c6および定数Cと同じ絶対値を有する負の値とする。
【００９６】
また、前記式３９，４０中のMh4は、運転者による操舵ハンドル１１の回動操作が切込み操作から戻し操作に変わった際に、計算される見込み旋回曲率ρdfと見込み旋回曲率ρdrとを連続的に繋げるためすなわち切込み操作と戻し操作間でヒステリシス特性を構成するためのヒステリシス項である。このヒステリシス項Mh4は、ある操舵トルクTdが供給された時点における切込み操作時の見込み旋回曲率ρdfと戻し操作時の見込み旋回曲率ρdrとの比率に基づいて決定され、下記式４１にように表される。
Mh4＝nq・(Kq・Td)   …式４１
ただし、上記実施形態と同様に、前記式４１中のKqは操舵トルクTdに対するウェーバー比であり、nqは最小変化感度に対する所定の係数である。なお、この第２変形例においても、ヒステリシス項Mh4を前記式４１のように操舵角θを含まずに導出するように実施したが、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵角θを含んで同操舵角θに依存するように導出することも可能である。
【００９７】
このように、ヒステリシス項Mh4が計算されることにより、前記式３７または式３８に従って計算された見込み旋回曲率ρdfと前記式３９または式４０に従って計算された見込み旋回曲率ρdrとが連続的に繋がるため、見込み旋回曲率ρdfから見込み旋回曲率ρdrへ、逆に、見込み旋回曲率ρdrから見込み旋回曲率ρdfへスムーズに切り替えることができる。また、前記式４１に従ってヒステリシス項Mh4が計算されることにより、切込み操作と切戻し操作間の変更時点における見込み旋回曲率ρdf，ρdrが維持される。このため、後述するように、見込み旋回曲率ρdf，ρdrに基づいて計算される補正目標転舵角δdaに転舵された左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２は、例えば、道路から入力される外乱などによって、その実転舵角δが変化することを防止することができ、運転者が見込んだ車両の挙動を維持することができる。
【００９８】
さらに、操舵トルクTdが所定値Tg未満のときに、前記式３７および前記式３９に従って見込み旋回曲率ρdfおよび見込み旋回曲率ρdrが計算されることにより、操舵ハンドル１１が中立位置を跨いで回動操作される場合であっても、前記式３７および前記式３９は、原点「０」を通る関数であるため、見込み旋回曲率ρdfと見込み旋回曲率ρdrが非連続となることが防止される。なお、この場合も、前記式３７〜４１の演算に代えて、操舵トルクTdに対する見込み旋回曲率ρdf，ρdrを記憶した図２１に示すような特性の変換テーブルを用いて、見込み旋回曲率ρdf，ρdrを計算するようにしてもよい。
【００９９】
そして、トルク−旋回曲率変換部５６にて計算された見込み旋回曲率ρdf，ρdr（以下、まとめて見込み旋回曲率ρdという）は、転舵角変換部５７に供給される。転舵角変換部５７は、見込み旋回曲率ρdを発生するのに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の目標転舵角δdを計算するものであり、図２２に示すように車速Vに応じて変化して見込み旋回曲率ρdに対する目標転舵角δdの変化特性を表すテーブルを有する。このテーブルは、車速Vを変化させながら車両を走行させて、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δと旋回曲率ρとを予め実測して収集したデータの集合である。そして、転舵角変換部５７は、このテーブルを参照して、前記入力した見込み旋回曲率ρdと車速センサ３３から入力した検出車速Vとに対応した目標転舵角δdを計算する。また、前記テーブルに記憶されている旋回曲率ρ（見込み旋回曲率ρd）と目標転舵角δdはいずれも正であるが、トルク−旋回曲率変換部５６から供給される見込み旋回曲率ρdが負であれば、出力される目標転舵角δdも負となる。
【０１００】
なお、この第２変形例においても、目標転舵角δdは下記式４２に示すように車速Vと旋回曲率ρの関数であるので、前記テーブルを参照することに代えて、下記式４２の演算の実行によっても計算することができる。
δd＝Ｌ・(１＋Ａ・Ｖ2)・ρd  …式４２
ただし、前記式４２においても、Lはホイールベースを示す予め決められた所定値であり、Aは車両の運動性能を示す予め決められた所定値である。
【０１０１】
この計算された目標転舵角δdは、転舵制御部６０の転舵角補正部６４に供給される。転舵角補正部６４は、トルク−旋回曲率変換部５６から見込み旋回曲率ρdを入力するとともに、旋回曲率計算部６５から実旋回曲率ρをも入力する。旋回曲率計算部６５は、横加速度センサ３４によって検出された横加速度G、または、ヨーレートセンサ３５によって検出されたヨーレートγと、車速センサ３３によって検出された車速Vとを用いて、下記式４３の演算の実行により実旋回曲率ρを計算して転舵角補正部６４に出力する。
ρ＝G／Ｖ2またはρ＝γ／Ｖ  …式４３
【０１０２】
そして、転舵角補正部６４は、下記式４４の演算を実行して、入力した目標転舵角δdを補正して補正目標転舵角δdaを計算する。
δda＝δd＋K7・(ρd−ρ)  …式４４
ただし、係数K7は予め決められた正の定数であり、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρdに満たない場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が大きくなる側に補正される。また、実旋回曲率ρが見込み旋回曲率ρdを超える場合には、補正目標転舵角δdaの絶対値が小さくなる側に補正される。この補正により、見込み旋回曲率ρdに必要な左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵角δがより精度よく確保される。
【０１０３】
そして、上記説明した第２変形例においても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。また、この第２変形例においては、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の転舵によって車両が旋回すると、この旋回により、運転者には、前記ウェーバー・ヘフナーの法則による「与えられた刺激の物理量」として見込み旋回曲率ρdが与えられる。そして、見込み旋回曲率ρdは操舵角θに対してべき乗関数的（または指数関数的）に変化するものであるので、運転者は人間の知覚特性に合った運動状態量を知覚しながら、操舵ハンドル１１を操作できる。その結果、運転者は、人間の知覚特性に合わせて操舵ハンドル１１を操作できるので、車両の運転が簡単になる。
【０１０４】
さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態、第１変形例および第２変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変形が可能である。
【０１０５】
例えば、上記実施形態および第１，第２変形例においては、例えば、インクリメント型ロータリエンコーダなど、操舵入力軸１２の回転角を表すＡ相パルス信号およびＢ相パルス信号を出力可能な操舵角センサ３１を採用し、この操舵角センサ３１からのパルス信号を用いて、操舵角θおよび操舵角速度dθ／dtを計算するように実施した。しかし、これに代えてまたは加えて、例えば、操舵ハンドル１１（操舵入力軸１２）に入力される操舵トルクを検出するための一対のレゾルバセンサから出力されるパルス信号を用いて、操舵角θおよび操舵角速度dθ／dtを計算するように実施することも可能である。
【０１０６】
この場合、一方のレゾルバセンサから出力されるパルス信号をＡ相パルス信号とし、他方のレゾルバセンサから出力されるパルス信号をＢ相パルス信号とすれば、上記実施形態およびその変形例と同様に操舵角θおよび操舵角速度dθ／dtを計算することができる。そして、計算した操舵角θおよび操舵角速度dθ／dtを用いることによって、上記説明したように、ばね成分トルクTz、摩擦トルクMtdnwおよび粘性トルクMtdを計算することができるとともに、操舵トルクTdを計算することができる。したがって、上記実施形態および第１，第２変形例と同様の効果が期待できる。
【０１０７】
また、上記実施形態および第１，第２変形例においては、車両を操舵するために回動操作される操舵ハンドル１１を用いるようにした。しかし、これに代えて、例えば、直線的に変位するジョイスティックタイプの操舵ハンドルを用いてもよいし、その他、運転者によって操作されるとともに車両に対する操舵を指示できるものであれば、いかなるものを用いてもよい。
【０１０８】
また、上記実施形態および第１，第２変形例においては、転舵アクチュエータ２１を用いて転舵出力軸２２を回転させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにした。しかし、これに代えて、転舵アクチュエータ２１を用いてラックバー２４をリニアに変位させることにより、左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２を転舵するようにしてもよい。
【０１０９】
さらに、上記実施形態および第１，第２変形例においては、人間が知覚し得る車両の運動状態量として、横加速度、ヨーレートおよび旋回曲率をそれぞれ単独で用いるようにした。しかし、これらの車両の運動状態量を、運転者による選択操作により切り替え、または、車両の走行状態に応じて自動的に切り換えて、車両の操舵制御を行うようにしてもよい。また、車両の走行状態に応じて自動的に切り換える場合、例えば、車両の低速走行時には前記運動状態量として旋回曲率を用い、車両の中速走行時には前記運動状態量としてヨーレートを用い、かつ、車両の高速走行時には前記運動状態量として横加速度を用いるようにする。これによれば、車両の走行状態に応じて適切な車両の操舵制御がなされ、車両の運転がより易しくなる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の操舵装置の概略図である。
【図２】図１の電子制御ユニットにて実行されるコンピュータプログラム処理を機能的に表す機能ブロック図である。
【図３】図１の操舵角センサから出力されるパルス信号を説明するための図である。
【図４】図１の操舵角センサから出力されるパルス信号に基づく切込み操作または切戻し操作の判別を説明するための図である。
【図５】操舵角と反力トルク（操舵トルク）の関係を示すグラフである。
【図６】図１の操舵角センサから出力されるパルス信号のパルスカウンタ値に応じて計算される操舵角速度を説明するための図である。
【図７】操舵角速度と摩擦トルクとの関係を示すグラフである。
【図８】操舵ハンドルの回動操作に対応して変化する操舵角速度と同操舵角速度の変化に対応する摩擦トルクの時間変化とを示すグラフである。
【図９】操舵角速度が小さいときにおける摩擦トルクの時間変化を示すグラフである。
【図１０】操舵角速度が大きいときにおける摩擦トルクの時間変化を示すグラフである。
【図１１】操舵角速度と粘性トルクとの関係を示すグラフである。
【図１２】ヨーレートとセルフアライメントトルクとの関係を示すグラフである。
【図１３】操舵トルクと見込み横加速度の関係を示すグラフである。
【図１４】見込み横加速度と目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図１５】転舵角速度を制限する転舵角速度制限値を説明するための図である。
【図１６】図１５の転舵角速度制限値によって制限された転舵角速度のフィルタ処理を説明するための図である。
【図１７】本発明の第１変形例に係り、図１の電子制御ユニットにて実行されるコンピュータプログラム処理を機能的に表す機能ブロック図である。
【図１８】操舵トルクと見込みヨーレートの関係を示すグラフである。
【図１９】見込みヨーレートと目標転舵角の関係を示すグラフである。
【図２０】本発明の第２変形例に係り、図１の電子制御ユニットにて実行されるコンピュータプログラム処理を機能的に表す機能ブロック図である。
【図２１】操舵トルクと見込み旋回曲率の関係を示すグラフである。
【図２２】見込み旋回曲率と目標転舵角の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１１】
ＦＷ１，ＦＷ２…前輪、１１…操舵ハンドル、１２…操舵入力軸、１３…反力アクチュエータ、２１…転舵アクチュエータ、２２…転舵出力軸、３１…操舵角センサ、３２…転舵角センサ、３３…車速センサ、３４…横加速度センサ、３５…ヨーレートセンサ、３６…電子制御ユニット、４０…反力制御部、４１…変位−トルク変換部、４２…トルク加算部、４３…操舵角速度−摩擦トルク変換部、４４…操舵角速度−粘性トルク変換部、４５…ヨーレート−ＳＡＴ変換部、４６…駆動制御部、５０…感覚適合制御部、５１…変位−トルク変換部、５２…トルク−横加速度変換部、５３，５５，５７…転舵角変換部、５４…トルク−ヨーレート変換部、５６…トルク−旋回曲率変換部、６０…転舵制御部、６１，６３，６４…転舵角補正部、６２…駆動制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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